[发明专利]一种利用热重法测试催化剂性能的方法

说明书

本发明提供的一种利用热重法测试催化剂性能的方法，通过原位连续检测程序升温还原和程序升温氧化这一对相对过程中的催化剂的重量变化率，可以获得已知催化性能样品和未知催化性能样品的TPR‑TPO‑DTG测试结果，再根据两者在TPR‑DTG和TPO‑DTG曲线中各自的初始峰面积与所有峰的总积分面积的比值的差的相对大小，结合已知样品的催化性能，判断出未知样品在同样的反应条件下的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种分析评价催化剂性能的方法，具体涉及一种利用热重分析法评价催化剂在合成气气氛中反应性能的方法。

背景技术

各种催化剂，尤其是各种金属和金属改性的催化剂在煤化工、天然气化工和C1化学化工工业中被广泛使用，例如甲烷化过程中使用的镍催化剂，费托合成中使用的铁催化剂和钴催化剂，合成气一步法制取二甲醚中使用的改性铜催化剂等。采用不同的工艺条件，使用不同的催化剂，同样是以合成气为原料，却可以得到千差万别的产物。有的反应产物多为烃类，有的反应则更趋向于生成含氧化物。这是由于金属具有不同的氧化还原的特性，造成H物种和O物种在不同金属催化剂的表面上竞争演化过程千差万别，不同催化剂的这种特性上的差异，很大程度上决定了它们在合成气氛下反应时，反应产物的整体选择性。当催化剂表面上进行的各种基元反应中，与H物种相关的基元反应占优时，C物种与O物种结合的几率小，生成物中烃类占绝对主导；而如果与O物种相关的基元反应占优时，C物种有更大概率与O物种结合，形成C-O键，生成醇、醛、酮、酸、酯等含氧的化合物。所以，可以通过在线原位连续检测同一催化剂样品的氧化和还原性能，快速判断、筛分出未知催化剂样品的大致催化性能，实现催化剂的快速筛选。

为了分析出导致不同催化剂性能差异的原因，需要对催化剂样品进行表征测试，不同的表征方法给出催化剂在不同过程下的一些特性。在种类繁多的表征手段中，有些表征手段的进程是相对的过程，如，在表征测试过程甲中，催化剂样品的状态由A变为B，而在表征测试过程乙中，催化剂样品的状态是由B变为A，这样过程甲和乙就互为相对过程。

在现有的这些表征手段的分析过程中，每种表征过程中的参数设置都是要经过优化筛选的，以实现最大程度的精度和分辨率，例如样品的量，样品室的升温速率，处理气的浓度、流量等；不同的参数设置会导致同一个样品的某种表征测试给出不同的分析结果，例如，程序升温还原(TPR)表征测试中，升温速率设置为较快的参数时，可能会掩盖一些在较慢的升温速率下出现的还原峰。产生上述现象的原因在于，表征手段中的参数设置直接影响被测试的样品在该表征中经历的动力学的过程，换句话说，催化剂体现出的具体的动力学特征部分受控于表征测试时的参数设置。现有的表征手段的主要目的是比较不同催化剂样品在某个表征手段中的某个最佳表征参数设置的条件下获得的一系列结果，判断催化剂的某个特征对催化性能的影响。这样的表征模式，对于分析大量催化剂样品在某种单一表征测试中的性能十分有效；但是，由于不同表征手段中的过程参数设置的不同，造成同一催化剂样品的不同的表征手段的结果之间无法建立对比的联系(因为如上所述，在没有排除参数设置不同带来的动力学方面影响的前提下，比较同一样品的不同表征结果缺乏合理性和可操作性。这样的情况在相对过程型的表征测试手段之间尤为明显。由于起点和终点之间的相互倒置对应关系，使得比较相对过程型的表征测试结果不仅有价值，也有可操作性，只要建立在同一的外部动力学特征体系之下进行的表征测试，其结果就有可比性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用热重分析的手段，并且将氧化和还原这一对相对过程组合起来进行的催化性能表征的方法。在表征中，将氧化和还原这一对相对过程组合在一起，并使每种过程中的所有参数(除了处理气的性质参数和组成参数)设置保持一致，以此建立起来的表征分析方法，因为，在样品经历的过程中，仅可能存在有化学气氛的不同，而其他物理性的和动力学相关的参数，例如起始和终了温度，温度变化率，处理气流速，气体压力等，都完全一样，所以，可以把这两种相对过程的表征结果的数据联系起来进行对比，并从中得到更高级的信息。由上所述，本发明提供的催化剂性能表征方法，可以对比氧化-还原相对过程中的同一催化剂的不同性能，而传统的表征测试的结果只能表征评价每种测试过程中不同催化剂样品之间的性能差异。